(57)【要約】【課題】  軽量且安価で優れた断熱性を保持する不燃性断熱板材及びその製造方法を提供する。【解決手段】  珪酸ナトリウム溶液にオキソ酸及び水を加えて縮合させた高分子且多分岐のポリ酸にアルカリ土類金属水酸化物からなる凝固剤を混合し、凝固を図りつつ含有水分を蒸散放出せしめて連続気泡構造を生成させ且見掛比重が０．５以下に形成される不燃性断熱板材及びその製造方法。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪酸ナトリウム溶液に、オキソ酸及び水を混合のうえ縮合させ高分子多分岐化させたポリ酸溶液からなる原料素材に、アルカリ土類金属水酸化物を混合のうえ所要の形状及び寸法で凝固させつつ、含有水分の蒸散放出による連続気泡構造を生成せしめ、以って見掛比重が０．５以下に形成させてなる不燃性断熱板材。
【請求項２】
所要の形状及び寸法に凝固させ且連続気泡構造を生成せしめたうえ、更に３５０乃至６００℃の温度で焼成させてなる請求項１記載の不燃性断熱板材。
【請求項３】
所要形状及び寸法の内容積を有し、その横方向中央部位で密着嵌合でき且上下に分離できる上部成形型及び下部成形型と、上部成形型及び下部成形型の外側にはそれぞれ上部成形型加熱ヒーター及び下部成形型加熱ヒーターが配設されてなり、而も上部成形型の適宜位置には原料素材を注入する注入弁及び該上部成形型並びに下部成形型の適宜位置には安全弁が設けられた成形型枠の注入弁より、ポリ酸からなる原料素材とアルカリ土類金属水酸化物とを混合のうえ該成形型枠内に少なくとも３ｋｇ／ｃｍ２以上の注入圧力で注入充填させ、凝固させつつ上記加熱ヒーターで少なくとも１２０℃以上の加熱をなして、含有水分の蒸散放出による連続気泡構造を生成せしめて成形をなす不燃性断熱板材の製造方法。
【請求項４】
成形型枠内で凝固且連続気泡構造を生成させたうえ、加熱ヒーターで更に３５０乃至６００℃に加熱して焼成をなす、請求項３記載の不燃性断熱板材の製造方法。
【請求項５】
成形型枠内で凝固且連続気泡構造を形成させた不燃性断熱板材を、３５０乃至６００℃に加熱焼成できる焼成用熱源が配位され、且この焼成用熱源の間を移送させる耐熱スクリーンを有する焼成装置の耐熱スクリーン上に載置のうえ焼成移動させて焼成をなす、請求項３記載の不燃性断熱板材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は不燃性断熱板材及びその製造方法に係るもので、更に詳しくは極めて軽量で安価なうえ断熱性と廃棄性に優れる不燃性断熱板材及びその製造方法に関する。
【従来技術】
【０００２】  建築建物や施設においては、該建物や施設空間内を適正温度に保持させるうえから内装材の裏側或いは外装材の内側には多種多様な断熱板材が用いられているが、従来においては軽量で強靭なうえ断熱性も高く且安価なことからフェノール樹脂やウレタン樹脂、更にはポリエチレン樹脂やポリスチレン樹脂よりなる発泡板材が多用されていた。
【０００３】  しかしながら近年においては建物や施設の高層化とも相俟って内装材や外装材はもとより断熱板材にも耐火不燃材の使用が要請されるに至ったことから、断熱板材も耐火不燃性の珪酸カルシウム板材やパルプセメント板材、セラミックス多孔板材、或いはグラスウールやロックウールマット等に代替されつつある状況にある。
【０００４】  ところでこれら耐火不燃性断熱板材において、珪酸カルシウム板材は多孔性に伴う断熱性と且その見掛比重も０．５乃至０．６程度と軽量なうえ、価格も比較的安価なことから注目された断熱板材であったが、珪酸カルシウム板材は曲げ強力に著しく劣るために、その重量割合において略６乃至８％の石綿を補強材として使用していたため、該石綿使用の禁止措置に伴い現状ではセメントによる補強材が用いられてなることから、多量化とともに断熱性も著しく低下し且コスト的にも割高なものとなっている。
【０００５】  加えてパルプセメント板材は耐火不燃性に劣るばかりか断熱性にも著しく劣り且セラミックス板材は強靭性や耐久性に優れるものの、断熱性には特段に優れるものでもなく且コスト的に極めて高価な問題を抱えており、更にグラスウールマットやロックウールマットは耐火不燃性やコスト的安価さを有するものの、嵩高なうえ保形性に劣るために施工性が極めて悪く、特に施工時にグラスウール片の皮膚突刺や形崩れ等が発生する問題も内在している。
【０００６】  かかる現状の断熱板材の問題に鑑み研究を重ねた結果、石炭灰を初め鋳造廃砂或いは汚泥の焼成スラッジ等には、残留成分として酸化珪素が多量に含有されてなることを初め、該酸化珪素はアルカリと溶解させることにより容易に珪酸ナトリウム溶液が得られ、且この珪酸ナトリウム溶液をオキソ酸と水との存在のもとで縮合せしめて連続気泡構造を生成しえる高分子量且多分岐のポリ酸溶液が形成しえ、而もこのポリ酸溶液を所要の成形型枠内に注入し凝固させつつ加熱により含有水分の蒸散放出をなすことで、所要の形状と寸法で不燃性と連続気泡構造が生成された軽量で断熱性に極めて優れる板材が形成しえること、及びこの不燃性断熱板材を焼成することにより構造強度を初め耐水性、耐候性が著しく高められることを究明し本発明に至った。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本発明は極めて軽量安価で且優れた断熱性と廃棄性を有する不燃性断熱板材、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  上述の課題を解決するための手段は、石炭灰や鋳造廃砂或いは焼成スラッジ等酸化珪素を主成分とする産業廃棄物をアルカリ処理して珪酸ナトリウム溶液となしたうえ、硼酸や燐酸若しくはヨウ酸と水との存在下で縮合により高分子量で多分岐のポリ酸溶液を原料素材として用い、該ポリ酸溶液にアルカリ土類金属水酸化物を混合し成形枠体内に注入し凝固を図りつつ、加熱により含有水分を蒸散放出させて連続気泡構造を生成せしめ、以ってその見掛比重が０．５以下に発泡させてなる不燃性断熱板材に存し、更にはこの連続気泡構造で凝固形成された不燃性断熱板材を３５０乃至６００℃の温度で焼成させて構造強度及び耐水性、耐候性を著しく高めた不燃性断熱板材に存する。【０００９】  加えて本発明においては酸化珪素を主成分とする石炭灰や鋳造廃砂若しくは汚泥焼成スラッジ等を微粉砕のうえ炭酸ナトリウム若しくは水酸化ナトリウムと溶解して珪酸ナトリウム溶液となし、且該珪酸ナトリウム溶液に硼酸、燐酸若しくはヨウ酸からなるオキソ酸と水とにより縮合させて高分子量で多分岐のポリ酸溶液となしたものを原料素材とし、該ポリ酸溶液をその凝固を図るうえからアルカリ土類金属水酸化物と混合のうえ成形型枠内に注入し、而もその凝固の度合に合せて、その外面より加熱して含有水分を蒸散放出させながらその見掛比重が０．５以下の発泡度合に連続気泡構造を生成せしめてなる不燃性断熱板材の製造方法に存する。【００１０】  更に形成された不燃性断熱板材に構造強度を付与させるため、成形型枠内の内部注入圧力を十分に付加させたうえ加熱による含有水分の蒸散放出を図るため、少なくとも３ｋｇ／ｃｍ２以上の注入圧力を以って、アルカリ土類金属水酸化物が混合されたポリ酸溶液が注入される構成、及び成形された不燃性断熱板材の主成分たる珪酸のガラス化を図り構造強度の更なる向上と且耐水性や耐候性の向上を図うえから、その温度が３５０乃至６００℃で焼成させる構成からなる不燃性断熱板材の製造方法に存する。
【発明の効果】
【００１１】  本発明は以上の如く石炭灰や鋳造廃砂、或いは汚泥焼成スラッジ等その主要成分が酸化珪素からなる産業廃棄物が使用できるため、膨大量に排出される産業廃棄物の有効利用に大きく貢献できるばかりか、炭酸ナトリウム若しくは水酸化ナトリウムにより容易に珪酸ナトリウム溶液が得られ、且この珪酸ナトリウムに硼酸、燐酸若しくはヨウ酸からなるオキソ酸と水とにより縮合反応が促進され、本発明の原料素材たる高分子量且多分岐のポリ酸溶液が生成されることから極めて安価に原料素材が確保される。【００１２】  そして該原料素材たるポリ酸溶液は溶液状であるから取扱性が良く、且多様な成形型枠内にも均質な注入と成形がなしえる。
更にアルカリ土類金属水酸化物が混合されて成形型枠内に注入されることにより凝固が促進され、且この凝固の度合に合せて成形型枠全面より加熱がなされることにより、含有水分がその注入圧力を排して蒸散放出されるとともに高分子量で多分岐のポリ酸の粘性により膨大数の強固な連続気泡構造が生成されて軽量で且断熱性に極めて優れた不燃性断熱板材が形成される。【００１３】  加えてこの形成された不燃性断熱板材を３５０乃至６００℃の温度で焼成させることにより主要形成成分たる珪酸がガラス化し、著しく構造強度が向上するとともに耐水性や耐候性も一段と向上した不燃性断熱板材が形成されるとともに、含有水分率の多いポリ酸溶液の使用と且含有水分の蒸散放出に際して高温度による蒸散放出をなすことで、膨大数で且蒸散放出孔径の大きな連続気泡構造も生成されて極めて見掛比重の小さな不燃性断熱板材が形成しえるとともに珪酸と水分が主体なため安全性が高く而も廃棄も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  珪酸ナトリウム溶液に硼酸、燐酸若しくはヨウ酸からなるオキソ酸と水との存在下で縮合反応を促進させ高分子量且多分岐のポリ酸溶液を原料素材として用い、所要の成形枠体内にアルカリ土類金属を混合のうえ注入し、その凝固度合に合せて成形枠体の全面より加熱し含有水分の蒸散放出に伴う連続気泡構造を生成せしめて見掛比重が０．５以下の発泡度合を以って成形させる不燃性断熱板材及びその製造方法、並びにこの成形された不燃性断熱板材をさらに３５０乃至６００℃の温度で焼成させてなる不燃性断熱板材及びその製造方法。
【実施例１】
【００１５】  以下に本発明実施例を製造方法に基づいて詳細に説明すれば本発明は極めて軽量、安価で優れた断熱性と廃棄性を有する不燃性断熱板材を提供するものであるから、かかる目的を実現するうえからは使用する原料素材が多量に且極めて安価に確保されること、並びに不燃性と廃棄性を満足する原料素材が要請される。【００１６】  ところで公知されてなる人工ゼオライトの合成に際しても、その使用原料として石炭灰が使用されてなるもので、石炭灰や鋳造廃砂或いは汚泥焼却スラッジ等はその主要成分が酸化珪素からなり、且その微少構造がアロフェンやイモゴライト態様のものであり容易にアルカリ溶解がなしえることが実証されている。【００１７】  そこで図１に示すように、膨大量に排出されその主要成分が酸化珪素からなり且極めて安価に供給できる石炭灰や鋳造廃砂或いは汚泥焼却スラッジ等の無機質産業廃棄物１Ａを微細に粉砕１Ｂのうえ炭酸ナトリウム若しくは水酸化ナトリウムからなるアルカリ剤１Ｃにより溶解させて一旦珪酸ナトリウム溶液１Ｄとなす。【００１８】  而してこの珪酸ナトリウム溶液１Ｄに酸を作用させることにより、シラノールの縮合に伴うシロキサン結合が促進されて高分子量化による珪酸ゲルが生成されるものであるが、かかる僅かな高分子量化では強固な連続気泡構造の生成には粘性並びに弾性が不足する。
これがため発明者は珪酸ナトリウム溶液１Ｄに、硼酸や燐酸或いはヨウ酸からなるオキソ酸１Ｆと水１Ｅを存在させながら縮合反応を促進せしむることにより、シロキサン結合に際して硼酸や燐酸或いはヨウ酸が結合されて更に高分子量と且多分岐の十分に粘性や弾性を保持するポリ酸溶液１Ｇを生成せしめ、該ポリ酸溶液１Ｇを原料素材として使用する。【００１９】  そしてこのポリ酸溶液１Ｇにはシロキサン結合に係るシラノール塩及びシロキサンも混在するもので、且注目すべきは石炭灰や鋳造廃砂或いは汚泥焼成スラッジ等の産業廃棄物の主成分である酸化珪素の利用に際して、仮令微量の重金属類が混入していた場合でもシロキサン結合に際してこれら微量に混在する重金属類が強固に結合捕捉されて成形物からの溶出が確実に防止されることにある。【００２０】  更に該ポリ酸溶液１Ｇは形成する不燃性断熱板材４に要求される構造強度、特には耐圧縮強力や見掛比重等によって望ましい分子量（重量平均）や水分量割合が存在するが、構造強度に係る強固な連続気泡構造を生成させるうえからは、その分子量（重量平均）で略５，０００乃至１０，０００程度のものが好適であり、且見掛比重が０．５乃至０．３程度では水分量割合としては略６０乃至８０重量％程度、見掛比重が０．２乃至０．１程度のものでは水分量割合としては略７０乃至９０重量％のものが好適である。【００２１】  図２は本発明製造方法の説明図であって、本発明に用いる原料素材であるポリ酸溶液１Ｇは水分重量割合が略５０乃至９０％程度に及ぶ溶液状であるから、該ポリ酸溶液１Ｇを成形型枠２内に注入し所望の形状及び寸法に凝固成形させるためには、凝固剤１Ｈとしてアルカリ土類金属特にはその水酸化物たる水酸化カルシウムや水酸化マグネシウム等が混合分散され注入させるもので、該注入に際しては成形型枠２の内部圧力をある程度加圧状態で注入するうえから加圧注入ポンプ２Ａにより注入される。【００２２】  この注入に際してはポリ酸溶液１Ｇと凝固剤１Ｈとを予め十分に混合分散させて加圧注入ポンプ２Ａでの注入が望まれるが、ポリ酸溶液１Ｇに凝固剤１Ｈが混合されることにより凝固が促進されて加圧注入ポンプ２Ａの故障が招来されるため、ポリ酸溶液１Ｇは加圧注入ポンプ２Ａで、且凝固剤１Ｈも他の加圧注入ポンプ２Ａで加圧のうえ成形型枠２への注入直前で混合させて注入することが望ましい。【００２３】  そして成形型枠２は、その内容積が所望する不燃性断熱板材４の厚さや幅及び長さに成形しえる容積と且形状を有し、而も凝固成形された不燃性断熱板材４を容易に取り出せるよう、その横方向中央部位２Ｂで相互が開閉自在に且密閉嵌合されるよう上部成形型２０Ａと下部成形型２０Ｂとから構成されてなり、更にこの上部成形型２０Ａの外側並びに下部成形型２０Ｂの外側には、成形型枠２内に加圧注入されたポリ酸溶液１Ｇと凝固剤１Ｈとによる凝固促進度合に合せて、含有水分を加熱し蒸散放出させることにより強固な連続気泡構造４Ａを生成せしめ、その見掛比重が０．５以下の発泡度合となす上部成形型加熱ヒーター２１Ａ及び下部成形型加熱ヒーター２１Ｂがそれぞれ配置されている。【００２４】  この上部成形型加熱ヒーター２１Ａ及び下部成形型加熱ヒーター２１Ｂで加熱し、含有水分の蒸散放出による連続気泡構造４Ａを強固に生成させるうえからは成形型枠２内の注入圧力としては少なくとも３ｋｇ／ｃｍ２以上の注入圧力が望ましい。
加えて凝固剤１Ｈの混合による凝固促進と且この注入圧力に対抗して含有水分の蒸散放出をなさしめるうえからは、上記加熱ヒーター２１Ａ、２１Ｂの加熱容量としては凝固成形される不燃性断熱板材４を実質的に１２０℃以上に加熱できるものが望まれる。【００２５】  当然のことながら上部成形型２０Ａ、及び下部成形型２０Ｂ内には強固な連続気泡構造４Ａの生成に際して含有水分の加熱蒸散に伴い内部圧力が増大付加されるため、その密閉性が十分に保持されるよう上部及び下部より加圧シリンダー２２がで押圧されるよう配慮されている。更には上部成形型２０Ａの適宜位置には、ポリ酸溶液１Ｇと凝固剤１Ｈが混合されたうえ加圧注入させるための注入弁２３が設けられ、而も成形型枠２内の内部圧力の過剰に対処するために、上部成形型２０Ａや下部成形型２０Ｂの適宜位置には、所要の内部圧力を超えた場合に開弁し放出させる安全弁２４、２４・・が配位設けられている。【００２６】  かくして凝固成形された不燃性断熱板材４は、このままの状態でも断熱板材としての使用に供しえるが、更に強靭性や耐水性或いは耐候性を向上させるうえからは、この不燃性断熱板材４を略３５０乃至６００℃の温度を以って焼成させることにより珪酸を主体とするポリ酸のガラス化を図ることが望まれる。【００２７】  これがための手段としては凝固成形された不燃性断熱板材４を更に成形型枠２内において、上記加熱ヒーター２１Ａ、２１Ｂを昇温させ所望の温度条件を以って焼成させることも可能であるが、焼成効率のうえからは図３に示す如き焼成装置３を以って焼成させることが望まれる。【００２８】  この焼成装置３は特段の制約はなく、凝固成形された不燃性断熱板材４を一旦成形型枠２より取り出したうえ、焼成用熱源３Ａが配位された間を耐熱スクリーン３Ｃ上に不燃性断熱板材４を載置させながら焼成移動させて焼成するもので、かかる焼成装置３における焼成用熱源３Ａは高温加熱空気や赤外線ヒーター或いは電磁加熱等が好適である。【００２９】  図４は本発明不燃性断熱板材４の説明図であって、凝固若しくは焼成された珪酸を主体とするポリ酸からなる構造基部４Ｂが、膨大数の連続気泡構造４Ａにより形成され且その見掛比重が最大でも０．５以下の発泡度合で形成されている。
かかる場合に見掛比重は主として加熱による含有水分の蒸散放出量により大きく左右されるものであるが、連続気泡構造４Ａの連続気泡孔径は緩やかな蒸散放出の場合略３０乃至５０Å程度であるが、高温度の加熱による急激な蒸散放出時には略３００乃至６００Å程度の大きな孔径で形成されるため、見掛比重は更に小さく形成されることとなる。【００３０】  以下に本発明により形成した無機質断熱板材の性能を述べれば、火力発電所で排出される石炭灰を水酸化ナトリウムで溶解し、不溶解分を除去して珪酸ナトリウム溶液となしたうえこの珪酸ナトリウム溶液に対しモル濃度で同量の硼酸と且水を７５重量％加水のうえ縮合させてポリ酸溶液となした。【００３１】  而して内容積が深さ５０ｍｍ、幅９００ｍｍ、長さ１，８００ｍｍの成形型枠内に、凝固剤として水酸化カルシウム溶液を１５重量％混合のうえ、注入圧力３ｋｇ／ｃｍ２で注入充填のうえ、該成形型枠の外面全体より１２０℃の加熱温度で加熱し、含有水分を蒸散放出させて連続気泡構造を生成させ且凝固された本発明不燃性断熱板材の性能は、見掛比重０．２２、耐圧縮強力５１ｋｇ／ｃｍ２、曲げ強力１．６ｋｇ／ｃｍ２、熱伝導率０．０２６ｃａｌ／ｍ．ｈ．℃であった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】  本発明不燃性断熱板材は耐火不燃性であり建物や施設等の床下断熱板材や内装断熱板材として直ちに使用が可能であり、且本発明不燃性断熱板材の製造方法も特別な装置機具を用いることなく、極めて安価に製造ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】  本発明に用いる原料素材の製造説明図である。
【図２】  本発明製造方法の説明図である。
【図３】  焼成方法の説明図である。
【図４】  本発明不燃性断熱板材の説明図である。
【符号の説明】
【００３４】  １    原料素材
１Ａ  無機質産業廃棄物
１Ｂ  粉砕
１Ｃ  アルカリ剤
１Ｄ  珪酸ナトリウム溶液
１Ｅ  オキソ酸
１Ｆ  水
１Ｇ  ポリ酸溶液
１Ｈ  凝固剤
２    成形型枠
２Ａ  加圧注入ポンプ
２Ｂ  成形型枠中央部位
２０Ａ  上部成形型
２０Ｂ  下部成形型
２１Ａ  上部成形型加熱ヒーター
２１Ｂ  下部成形型加熱ヒーター
２２    加圧シリンダー
２３    注入弁
２４    安全弁
３    焼成装置
３Ａ  焼成用熱源
３Ｃ  耐熱スクリーン
４    不燃性断熱板材
４Ａ  連続気泡構造
４Ｂ  構造基部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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